一种基于Stewart结构的新型六维力传感器的制作方法

本实用新型属于测试传感器技术领域，涉及一种抗耦性强、高精度的基于Stewart结构的六维力传感器。

背景技术：

基于Stewart结构的六维力传感器是一种性能优越的六维力传感器，由于其承载能力强、精度高、响应快、灵敏度高等独特优点，倍受设计者和使用者的青睐，迄今已被广泛应用于国防、工业机器人、航空、航天、汽车工业和造船等领域。目前本领域公知的比较先进的六维力传感器为6-6/Stewart两层构型的六维力传感器，如本实用新型申请人在CN201320799809.6专利文本中提出的基于Stewart结构的六维力传感器等，但现有技术产品经实际使用中发现依然还存在抗耦合性能相对较差、精度相对较低低等问题。

技术实现要素：

本发明型的目的在于针对公知的6-6/Stewart两层构型的六维力传感器存在的问题加以解决，提供一种符合螺旋理论、抗空间耦合力性能急强、综合精度高、并且具备一定的刚度性能的基于Stewart结构的新型六维力传感器。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的基于Stewart结构的新型六维力传感器包括分间隔依次设置的上传力盘、中传力盘和下传力盘，在上传力盘与中传力盘之间以及中传力盘与下传力盘之间各连接有三个支路组件，所述的支路组件由自上而下同轴连接配合的上铰座、传感器组件、连接件、下铰座组成，其中的传感器组件具有一个带接插件的采用硬中心多梁圆膜片结构的弹性体，在弹性体上设有与接插件连接的电路板，在弹性体表面对称粘贴有四个由应变电阻R₁、R₂、R₃、R₄构成的敏感应变片，各敏感应变片通过焊接方式与电路板组成惠斯通电桥结构。

上述基于Stewart结构的新型六维力传感器中，在上传力盘与中传力盘之间的三个支路组件相互间隔120°角排布，并均以斜撑形式连接在两盘体之间；在中传力盘与下传力盘之间的三个支路组件相互间隔120°角排布，并均以斜撑形式连接在两盘体之间。

上述基于Stewart结构的新型六维力传感器中，支路组件中的传感器组件的一端与上铰座的螺纹套穿连接，另一端与连接件一侧进行轴销公差配合、销钉配合以及焊接形式的相连，连接件的另一端与下铰座的螺纹套穿相连。

上述基于Stewart结构的新型六维力传感器中，支路组件中各下铰座的下端通过定位螺纹孔与对应的中传力盘或下传力盘连接，上端开有螺纹孔与连接件相连；支路组件中各上铰座的上端通过定位螺纹孔与对应的上传力盘或中传力盘相连，下端开有螺纹孔与传感器组件的弹性体相连。

上述基于Stewart结构的新型六维力传感器中，四个敏感应变片依次相互连接组成环型结构惠斯顿电桥，并处于弹性体的最大形变区。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和技术效果如下所述：

1、本实用新型提供了一种新型的3-3/3-3型三层结构六维力传感器，它在基于特定优化结构参数的3-3/3-3型三层Stewart六维力传感器的耦合特性与输出分布特性之上，将每支路组件中加入了能够实现特定方向微变形的柔性铰链结构，替换了传统意义的六自由释放的球铰结构，使整机在主测量载荷作用时伴随的非测量方向载荷的干扰影响消除，从而达到外部耦合释放与刚度保证的效果。

2、本实用新型中传感器组件中采用了自释放功能的并具有硬中心的多梁圆膜片结构弹性体，该传感器弹性体结构的中间为受力的硬中心，应变梁对称分布，工作应变区位于梁反面。当结构受载时弹性体弯曲变形，产生的弯曲应变为工作需要值，属正应力型传感器。具有结构简单、体积小、抗耦合能力强、输出灵敏度高、机械加工及热处理容易等优点。

3、本实用新型对Stewart结构六维力传感器结构参数与整机综合性能的总体变化关系进行了优化，得出局部性能与全局特性的最优平衡参数，优化解决了精度与刚度兼容问题，提高了传感器整机的综合性能。

经本实用新型设计者实验检测，与公知的6-6型双层Stewart结构的六维力传感器做对比，本实用新型的综合精度有明显提高。具体参数如下：单路加载精度≤0.2％F.S.；复合加载精度≤0.6％F.S.；同时具特定刚度要求。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施例的结构示意图。图中标号1为上传力盘，2为支路组件，3为中传力盘，4为下传力盘。

图2是该新型六维力传感器中支路组件的结构示意图。图中标号21为上铰座，22为传感器组件，23为连接件，24为下铰座。

图3是支路组件中传感器组件表面设置结构的示意图。图中标号22a为弹性体。

图4是图3的B向视图。图中标号22b为敏感应变片(R₁、R₂、R₃、R₄)。

图5是传感器组件的电路结构示意图。图中标号22c为电路板，22d为接插件，22e为导线。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。

参见附图1，本实用新型所述的基于Stewart结构的新型六维力传感器由上传力盘1、直径等于上传力盘1的中传力盘3与下传力盘4、以及六个支路组件2组成；所述的六个支路组件2均分为两组，并按照特定角度斜撑形式对称排列，整体呈螺旋状分布于三个传力盘1、3、4之间。

支路组件2的结构如图2所示。它是由自上而下同轴连接配合的上铰座21、传感器组件22、连接件23、下铰座24组成。其中，传感器组件22的一端与上铰座21的螺纹套穿连接，另一端与连接件23一侧进行轴销公差配合、销钉配合、焊接形式的相连；连接件23的另一端与下铰座24的螺纹套穿相连；下铰座24的下端通过定位螺纹孔与对应的下传力盘4或中传力盘3连接，上端开有螺纹孔与连接件23相连；上铰座21的上端通过定位螺纹孔与上传力盘1或中传力盘3相连，下端开有螺纹孔与传感器组件弹性体的螺纹杆相连。

本实用新型支路组件2中传感器组件22的结构如图3-图5所示，它具有一个带接插件22d的采用硬中心多梁圆膜片结构的弹性体22a，在弹性体22a上设有与接插件22d连接的电路板24c，在弹性体22a表面对称粘贴有四个由应变电阻R₁、R₂、R₃、R₄构成的敏感应变片22b，四个敏感应变片22b依次相互连接并通过焊接方式与电路板22c上电路组成环型结构惠斯通电桥，并处于弹性体22a的最大形变区。

本实用新型产品的制作步骤为：

1、将已加工处理的弹性体22a工作表面进行清洗、打磨、划线、刷胶等工艺步骤后将敏感应变片粘贴于处理表面，然后在电路板22c上利用导线22e将四个敏感应变片22b(电阻R₁、R₂、R₃、R₄)组成惠斯通桥路，再与接插件22d完成电气连接。

2、传感器组件22位于支路组件2的中间，两端分别与上铰座21、连接件23相连；然后将连接件23与下铰座24相连。传感器组件22先与连接件23相连再连接上铰座21，完成支路组件2的装配；装配中须保证装配后组件的同轴度在一定的误差范围内。

3、在完成六个支路组件2的装配后，按预定位置使它们分别与上、中、下传力盘1、3、4相连。装配时，上、下铰座21、24与各传力盘先用销钉定位连接，再以螺钉相连,上下连接方式相同，最终完成本实用新型所述基于Stewart结构的新型六维力传感器的整体装配。